CN102201501A - 光学封装体与透镜的接合方法以及光学封装体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够容易地且高精度地调整光学封装体与透镜间距离的光学封装体与透镜的接合方法以及光学封装体。为了将聚光用的透镜(20)接合于收容光学元件(3)的光学封装体并一体化而采用热可塑性树脂(30)。首先，在光学封装体(1)与透镜(20)的接合面(4)、(21)之间配置热可塑性树脂(30)，在相互接触的状态下进行光学元件(3)与透镜(20)的光轴X的位置对准。接着，通过加热器(40)加热热可塑性树脂(30)使其熔化，并朝着光学封装体(1)的方向对透镜(20)加压以调整接合面(4)、(21)间的距离，从接合面(4)、(21)间将热可塑性树脂(30)的多余部分与气泡一起排出。这样热可塑性树脂(30)形成为接合部(30a)，接合光学封装体(1)与透镜(20)。

Description

光学封装体与透镜的接合方法以及光学封装体
技术领域
本发明涉及将聚光用透镜安装于收纳有光学元件的光学封装体以进行一体化的接合方法，以及通过该接合方法与透镜一体化的光学封装体。
背景技术
一般来说，对于收容有光学元件的光学封装体与透镜的接合，通常采用液状的光学用粘结剂(例如，参考专利文献1)。又，仅在粘结处涂布粘结剂并按压部件进行接合的话，接合面与粘结剂自身容易进入气泡，且由于气泡难以逸出，需要采用离心脱泡机和真空脱泡机等除去气泡。
图10显示以往的接合方法。在图10(a)中，光学封装体1收容安装于基板上的光学元件3，使导线电极2向侧方向延伸出去。此处，光学封装体1为封固光学元件3的透光性树脂。首先，在光学封装体1的上表面涂布有液状的紫外线硬化型的光学用粘结剂(下面称为粘结剂)10。粘结剂10为高粘度时，由于气泡难以脱逸出去故进行除泡处理。
接着，如图10(b)所示，光学封装体1与透镜20的光轴X(图中以一点划线表示)以非接触状态对准位置。接着，如图10(c)所示，一边保持光学封装体1和透镜20的光轴X，一边在光学封装体1的上表面载置透镜20，调整高度方向，并保持该状态。当粘结剂10为高粘度时，进入到透镜20和光学封装体1之间的气泡难以逸出，因此需要再次进行除泡处理。之后，通过紫外线照射，使得粘结剂10硬化接合光学封装体1与透镜20。
现有技术文献
专利文献
专利文献1日本专利公开2006-339653号公报
发明内容
发明所要解决的问题
以往使用的液状的粘结剂10不管低粘度还是高粘度，由于其涂布面的厚度较薄，因此光学封装体1与透镜20的高度方向(即，光轴方向)的调整幅度较小，从而具有难以调整光学封装体1与透镜20之间的距离的问题。用于组装超小型光电传感器等的光学封装体，需要将光学封装体和透镜之间的距离控制在容许范围内，但由于以上问题而实现困难。
本发明是用于解决以上课题的，目的在于提供一种能够容易且高精度实施光学封装体与透镜之间的距离调整的光学封装体与透镜的接合方法，以及通过该接合方法与透镜一体化的光学封装体。
解决问题的手段
本发明第一方面涉及一种光学封装体与透镜的接合方法，包括：在所述光学封装体与所述透镜的接合面之间配置热可塑性树脂的第一步骤；加热所述热可塑性树脂使其熔化，对所述光学封装体和所述透镜中的任一方加压或对两方相对方向加压，调整所述接合面间的距离的第二步骤。
本发明第二方面涉及一种光学封装体与透镜的接合方法，在第一步骤与第二步骤之间，还包括：在光学封装体与热可塑性树脂以及该热可塑性树脂与透镜分别接触的状态下，对准所述光学封装体的光学元件与所述透镜的光轴的位置的步骤。
本发明第三方面涉及一种光学封装体与透镜的接合方法，在第二步骤中，熔化了的热可塑性树脂的多余部分从接合面之间排出。
本发明第四方面涉及一种光学封装体与透镜的接合方法，熔化前的热可塑性树脂具有：两端面与光学封装体和透镜的两接合面接触的轴部；和以该轴部为中心形成为放射状的多个凸部。
本发明第五方面涉及一种光学封装体与透镜的接合方法，透镜的接合面具有从该接合面突出的顶端变细的凸形状，熔化前的所述热可塑性树脂具有与所述透镜的接合面的凸形状匹配的凹形状。
本发明第六方面涉及一种带透镜光学封装体，包括：收容光学元件的光学封装体；聚光用的透镜；接合部，其接合所述光学封装体与所述透镜，所述接合部是这样形成的，即通过在所述光学封装体与所述透镜的接合面之间设置热可塑性树脂，对该热可塑性树脂加热使得该热可塑性树脂熔化，并对该热可塑性树脂加压使得所述热可塑性树脂的多余部分从所述接合面间排出而成形。
发明效果
根据本发明的第一方面，由于光学封装体与透镜的接合面间配置有热可塑性树脂，加热热可塑性树脂使其熔化，并一边加压一边调整接合面间的距离，从而能够提供容易地高精度地进行光学封装体与透镜间的距离调整的光学封装体与透镜的接合方法。
根据本发明的第二方面，在光学封装体与热可塑性树脂，以及该热可塑性树脂与透镜分别接触的状态下，进行光学封装体的光学元件与透镜的光轴的位置对准，因此能够容易地且高精度地实施光轴对准。
根据本发明第三方面，由于熔化了的热可塑性树脂的多余部分从接合面间排出，因此通过光学封装体与热可塑性树脂与透镜间的各接合面的气泡随着热可塑性树脂的多余部分流出到外部，可减少接合部分的气泡。
根据本发明的第四方面，由于熔化前的热可塑性树脂具有形成为放射状的多个凸部，因此熔化前光学封装体与透镜的接触面积较小，且熔化后从中心放射状扩散，并与气泡一起相外部流出，因此能够减少接合部分的气泡。
根据本发明第五方面，由于在透镜的接合面形成顶端部变细的凸形状，在热可塑性树脂形成凹形状，因此通过凸形状与凹形状的嵌合，能够容易地对准光学封装体与透镜的位置，且，熔化后的热可塑性树脂与气泡一起沿着凸形状流出到外部，因此可减少接合部分的气泡。
根据本发明的第六方面，热可塑性树脂设置在光学封装体与透镜的接合面间，对该热可塑性树脂加热使其熔化并对该热可塑性树脂加压使得该热可塑性树脂的多余部分从所述接合面间排出而形成接合部，在该接合部接合光学封装体与透镜，由此可在与热可塑性树脂接触的状态下容易地高精度地进行光学封装体与透镜间的距离调整和光轴对准，且通过使得光学封装体与热可塑性树脂与透镜间各接合面的气泡随着热可塑性树脂的多余部分流出到外部，可提供降低了接合部分的气泡的光学封装体。
附图说明
图1是说明本发明的实施方式1所涉及的光学封装体与透镜的接合方法的侧视图，表示接合前的状态。
图2是说明本发明实施方式1涉及的光学封装体和透镜的接合方法的侧视图，表示接合后的状态。
图3是显示用于接合光学封装体与透镜的热可塑性树脂的外观立体图。
图4是说明本发明的实施方式2涉及的光学封装体与透镜的接合方法的侧视图，表示接合前的状态。
图5是说明本发明实施方式2涉及的光学封装体与透镜接合方法的侧视图，表示接合后的状态。
图6是图4和图5所示的透镜的主视图。
图7是说明本发明的实施方式3涉及的光学封装体与透镜的接合方法的侧视图，表示接合前的状态。
图8是说明本发明的实施方式3涉及的光学封装体与透镜的接合方法的侧视图，表示接合后的状态。
图9是图7和图8显示的透镜的主视图。
图10是说明以往光学封装体与透镜的接合方法的侧视图。
符号说明
1 光学封装体
2 导线电极
3 光学元件
4 接合面
10 粘结剂
20 透镜
21 接合面
22 凸形状
23 树脂接受部
24 棱镜透镜
30、36、38 热可塑性树脂
30a、36a、38a 接合部
31 轴部
32～35 凸部
37 凹形状
40 加热器
50、51 间隔件
X 光轴
具体实施方式
实施方式1
图1和图2是说明本发明实施方式1涉及的光学封装体1与透镜20的接合方法的侧视图，图1表示接合前的状态，图2表示接合后的状态。在图1中，光学封装体1和之前说明的图10的封装体1一样，光学元件3通过透光性树脂封固于基板上。光学元件3为受光元件、投光元件(例如Light Emitting Diode)等。又，图例为示意图，省略了连接光学元件3和基板的连线等的详细结构。又，热可塑性树脂30、接合部30a和加热器40以截面示出。
图3为作为接合光学封装体1与透镜20的粘结剂的热可塑性树脂30的外观立体图。该热可塑性树脂30通过加热而熔化，并在常温下再次变为固体。但是，透镜20的材质与光学封装体1的材质的熔点或玻化温度比该热可塑性树脂30的溶融温度要高。例如，可采用丙烯酸树脂(PMMA、折射率：1.49、玻化温度：负几度到几十度)作为热可塑性树脂30、采用聚碳酸酯(折射率：1.585、熔点：250度)和多芳基化合物(折射率：1.61、玻化温度：193度)等作为透镜20。又，采用环氧树脂(热固性树脂)、硅树脂等作为光学封装体1。
热可塑性树脂30的形状具有，中间实心的轴部31、以该轴部31为中心形成为放射状的多个凸部32～35。在图3的实例中，各凸部32～35之间的角度为90度构成为截面为十字的形状，但是不限定于此，例如也可以120度的间隔形成三个凸部，其截面形成为星形。该热可塑性树脂30以其轴部31的两端面与光学封装体1的接合面4以及透镜20的接合面21接合的朝向设置在接合面4、21之间。
在本实施方式1中，熔化图1的热可塑性树脂30，形成为接合于接合面4、21之间的接合部30a(图2)。详细如后所述，由于热可塑性树脂30的一部分从接合面4、21之间逸出，因此熔化之前的热可塑性树脂30的体积需要比用于接合接合面4、21的接合部30a的体积大。
接着，说明接合方法。
如图1所示，光学封装体1与透镜20的接合面4、21之间配置有热可塑性树脂30，在光学封装体1和热可塑性树脂30和透镜20相互接触的稳定状态下，光学元件3与透镜20的光轴X(图中由一点划线示出)的位置对准。由于以接触状态对准位置，因此光轴的对准能够变得容易且高精度。
与之相对的，由于以往采用液状的粘结剂，因此需要在光学封装体1与透镜20为非接触状态下进行光轴对准。因此，光轴对准作业不稳定，无法保证重复精度。
接着，通过加热器40加热使得热可塑性树脂30熔化，朝着光学封装体1的方向对透镜20进行加压并调整接合面4、21之间的距离。因此，能够容易且高精度地进行距离调整。加压时，熔化的热可塑性树脂30从中心呈放射状地被按压摊薄，多余的热可塑性树脂30从接合面4、21之间流出。与此同时，由四个凸部32～35分隔的四个空间(空气层)也从中心流向外部，因此可减少热可塑性树脂30与接合面4、21的接合部分的气泡。又，由于熔化前的热可塑性树脂30与接合面4、21的接触面积小，因此可减少热可塑性树脂30与接合面4、21之间存在的气泡。由于能够抑制气泡，从而不需要以往那样的除气泡处理。
与之相对的，由于以往采用液状的粘结剂，因此光学封装体1和透镜20之间的距离的调整幅度小，调整困难。又，当粘结剂为高粘度时容易产生气泡，且难以去除。当粘结剂为低粘度时尤其因为涂布面的厚度薄，因此光学封装体1与透镜20之间气泡难以去除。因此，在将通过前面所说明的以往的接合方法与透镜20一体化的光学封装体1用于例如光电传感器时，由于气泡的存在而无法确保透镜20的所期望的光学特性，有可能成为光电传感器的长距离化和高灵敏度化的弊害。
接着，热可塑性树脂30保持图2的状态直到常温，热可塑性树脂30形成为接合部30a的形状，接合部30a接合光学封装体1和透镜20。
又，加热器40可采用环状加热器、套式加热器、橡胶加热器等。又，对加热器温度进行控制使得不超过光学封装体1的保存温度上限。又，此例中，朝着光学封装体1的方向对透镜20加压，但是不限定与此，也可朝着透镜20的方向对光学封装体1加压，也可相互朝着彼此的方向对光学透镜1和透镜20加压。
如上所述，根据实施方式1，将聚光用的透镜20与收容有光学元件3的光学封装体1接合并一体化的接合方法包括：在光学封装体1与透镜20的接合面4、21之间配置热可塑性树脂30，在使得光学封装体1与热可塑性树脂30接触、热可塑性树脂30与透镜20接触的状态下，进行光学元件3和透镜20的光轴X的位置对准的步骤；通过加热器40加热热可塑性树脂30使其熔化，并一边朝着光学封装体1的方向对透镜20加压，一边调整接合面4、21之间的距离，从接合面4、21之间排除热可塑性树脂30的多余部分的步骤；和保持这样的状态将热可塑性树脂30形成为接合部30a使得光学封装体1与透镜20接合的步骤。因此，由于热可塑性树脂30具有高度，通过在加热时一边调整该高度一边对透镜20加压，能够容易地且高精度地调整接合面4、21之间的距离。又，光学元件3与透镜20的光轴X的位置对准，可以接合面4、21与热可塑性树脂30接触的稳定状态容易地且高精度的实现。
又，根据实施方式1，熔化前的热可塑性树脂30构成为具有，与光学封装体1与透镜20的接合面4、21间的方向平行配置的轴部31，和以该轴部31为中心形成为放射状的多个凸部32～35，由此热可塑性树脂30与接合面4、21的接触面积可减小，从而可减少光学封装体1与热可塑性树脂30与透镜20的各接合面之间存在的气泡。又，热可塑性树脂30熔化后从轴部31侧呈放射状扩散，与气泡一起流向外部，因此可以减少接合部分的气泡。实施方式2
图4和图5为说明本发明实施方式2涉及的光学封装体1与透镜20的接合方法的侧视图，图4表示接合前的状态，图5表示接合后的状态。图6为透镜20的正视图。又，在图4～图6中对与图1和图2相同或对应的部分采用相同的符号并省略说明。又，透镜20的一部分、热可塑性树脂36、接合部36a、加热器40和间隔件50以截面显示。
在本实施方式2中，在透镜20的接合面21形成有朝着热可塑性树脂36侧突出的顶端变细的凸形状22，并在凸形状22的周围设置槽，将该槽作为接受熔化的树脂流入的树脂接受部23。
热可塑性树脂36形成为与光学封装体1大致相同外径的实心圆筒形，该圆筒的与透镜20相对的上表面形成有与凸形状22的外形匹配的凹形状37。图例中，透镜20的凸形状22形成为圆锥形，该圆锥的顶点与透镜20的光轴X一致，一侧的热可塑性树脂36形成有去除了凸形状22的圆锥形的凹形状37，该圆锥的顶点与光学元件3的光轴X一致。
又，间隔件50的内径与光学封装体1的外径大致相同。又，光学封装体1与透镜20间的距离由间隔件50的高度规定。即，通过被加压而移动的透镜20的接合面21与间隔件50的上表面抵接，来约束透镜20的移动。
接着，对接合方法进行说明。
如图4所示，在光学封装体1与透镜20的接合面4、21之间配置热可塑性树脂36。此时，通过间隔件50对准光学封装体1与热可塑性树脂36的位置，凹形状37的顶点在位于光学封装体1的中心的光学元件3的光轴X上，凸形状22的顶点位于透镜20的光轴X上。这样，光学元件3与透镜20的光轴可对准。
接着，通过加热器40的加热使得热可塑性树脂36熔化，通过朝着光学封装体1的方向对透镜20加压使得接合面21按压于间隔件50的上表面来自动调整接合面4、21间的距离。即，如图6所示，接合面21中无树脂接受部23的面与间隔件50的上表面(未图示)抵接，保持这样的高度位置。又，加压时，熔化的热可塑性树脂36沿着凸形状22的V字面上升，多余的热可塑性树脂36从接合面4、21之间朝着树脂接受部23流出。这样，热可塑性树脂36形成为接合部36a的形状(图5)，光学封装体1和透镜20通过接合部36a接合。
这样，根据实施方式2，透镜20的接合面21具有从该接合面21突出的顶端变细的凸形状22，熔化前的热可塑性树脂36具有与透镜20的接合面21的凸形状22匹配的凹形状37，由此，通过凸形状22与凹形状37的嵌合，能够容易地对准光学封装体1与透镜22的位置。又，由于熔化的热可塑性树脂36与气泡一起沿着凸形状22从接合面4、21之间朝外部流出，因此能够减少接合部分的气泡。
又，根据实施方式2，由于具有间隔件50，该间隔件50与被加压而移动的透镜20的接合面21抵接并对透镜20的移动进行限制，以调整接合面4、21间距离，因此接合面4、21间的距离可以容易进行调整。实施方式3
图7和图8是说明本发明的实施方式3涉及的光学封装体1与棱镜透镜24的接合方法的侧视图，图7显示接合前的状态，图8显示接合后的状态。图9是显示棱镜透镜24的主视图。又，在图7～图9中与图1～图6相同或对应部分采用相同的符号并省略说明。又，棱镜透镜24的一部分、热可塑性树脂38、接合部38a、加热器和间隔件51以截面显示。
本实施方式3与上述实施方式2相同，在棱镜透镜24的接合面21形成有朝着热可塑性树脂38侧突出的顶端变细的凸形状22，并在凸形状22的周围设置槽，该槽作为接受熔化的树脂流入的树脂接受部23。
热可塑性树脂38形成为外径比光学封装体1的外径大的实心圆筒形状，该圆筒的与棱镜透镜24相对的上表面形成有外形比凸形状22的外形略大的、与该凸形状22恰能嵌合的凹形状37。图实例中棱镜透镜24上形成有大致圆锥形的凸形状，该大致圆锥形的顶点与棱镜透镜24的光轴X一致，一方面，热可塑性树脂38形成有除去了略大于凸形状22的大致圆锥形状的与该凸形状22恰能嵌合的凹形状37。
又，间隔件51具有比光学封装体1与热可塑性树脂38的各外径大的内径，又，通过其高度来规定光学封装体1与棱镜透镜24之间的距离。
接着，说明接合方法。
如图7所示，在光学封装体1与棱镜透镜24的接合面4、21之间配置热可塑性树脂38。此时，在热可塑性树脂38与光学封装体1接触的稳定状态下，对准热可塑性树脂38的凹形状37的顶点和光学元件3的光轴X的位置。又，通过凸形状22与凹形状37的嵌合，透镜20与热可塑性树脂36位置对准，凸形状22的顶点到达棱镜透镜24的光轴X。从而，光学元件3可与棱镜透镜24进行位置对准。
接着，通过加热器40的加热使得热可塑性树脂38熔化，通过朝着光学封装体1的方向对棱镜透镜24加压使得接合面21按压于间隔件51的上表面来自动调整接合面4、21间的距离。即，如图9所示，接合面21中无树脂接受部23的面与间隔件51的上表面(未图示)抵接，保持这样的高度位置。又，加压时，熔化的热可塑性树脂38沿着凸形状22的V字面上升，多余的热可塑性树脂36从接合面4、21之间朝着树脂接受部23流出。这样热可塑性树脂38形成为接合部38a的形状(图8)，光学封装体1和棱镜透镜24通过接合部38a接合。
这样，根据实施方式3，棱镜透镜24的接合面21具有从该接合面21突出的顶端变细的凸形状22，熔化前的热可塑性树脂38具有与棱镜透镜20的接合面21的凸形状22匹配的凹形状37，由此，棱镜透镜24接合到光学封装体1时，通过凸形状22与凹形状37的嵌合，能够容易地对准位置。又，由于熔化的热可塑性树脂36与气泡一起沿着凸形状22从接合面4、21之间朝外部流出，因此能够减少接合部分的气泡。

Claims (6)

1.一种光学封装体与透镜的接合方法，该接合方法是将聚光用透镜接合于收容有光学元件的光学封装体并一体化的光学封装体与透镜的接合方法，其特征在于，包括：
在所述光学封装体与所述透镜的接合面之间配置热可塑性树脂的第一步骤；
加热所述热可塑性树脂使其熔化，对所述光学封装体和所述透镜中的任一方加压或对两方相对方向加压，调整所述接合面间的距离的第二步骤。
2.如权利要求1所述的光学封装体与透镜的接合方法，其特征在于，在第一步骤与第二步骤之间，还包括：在光学封装体与热可塑性树脂以及该热可塑性树脂与透镜分别接触的状态下，对准所述光学封装体的光学元件与所述透镜的光轴的位置的步骤。
3.如权利要求1所述的光学封装体与透镜的接合方法，其特征在于，在第二步骤中，熔化了的热可塑性树脂的多余部分从接合面之间排出。
4.如权利要求1至3中任一项所述的光学封装体与透镜的接合方法，其特征在于，熔化前的热可塑性树脂具有：两端面与光学封装体和透镜的两接合面接触的轴部；和以该轴部为中心形成为放射状的多个凸部。
5.如权利要求1至3中任一项所述的光学封装体与透镜的接合方法，其特征在于，
透镜的接合面具有从该接合面突出的顶端变细的凸形状，
熔化前的所述热可塑性树脂具有与所述透镜的接合面的凸形状匹配的凹形状。
6.一种带透镜光学封装体，其特征在于，包括：
收容光学元件的光学封装体；
聚光用的透镜；
接合部，其接合所述光学封装体与所述透镜，所述接合部是这样形成的，即通过在所述光学封装体与所述透镜的接合面之间设置热可塑性树脂，对该热可塑性树脂加热使得该热可塑性树脂熔化，并对该热可塑性树脂加压使得所述热可塑性树脂的多余部分从所述接合面间排出而成形。
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